Utilizzare la luce solare e acqua per produrre un combustibile solare, una fonte di energia rinnovabile e potenzialmente illimitata. L’obiettivo è stato raggiunto da un gruppo di ricerca del St John’s College all’università di Cambridge, che ha messo a punto una nuova metodologia che imita la natura per generare l’energia. L’idea è quella di riprodurre in laboratorio la fotosintesi clorofilliana, dividendo l’acqua in ossigeno e idrogeno e accumulando l’idrogeno, il combustibile solare. I risultati dello studio sono pubblicati su Nature Energy.

La fotosintesi artificiale per produrre solar fuel è uno dei settori in cui i ricercatori si impegnano da decenni. I combustibili solari sono combustibili chimici sintetici ottenuti dalla luce del Sole attraverso varie possibili reazioni. L’energia solare viene trasformata in energia chimica, producendo idrogeno, diossido di carbonio e altri composti organici che sono i carburanti solari. Questi combustibili potrebbero sostituire petrolio, carbone e altri combustibili fossili, costituendo una forma di energia rinnovabile e potenzialmente inesauribile.

La fotosintesi artificiale imita quella naturale clorofilliana, nella quale le piante usano la luce solare per ottenere energia: nella prima fase, l’acqua (H2O), composta da idrogeno e ossigeno legati insieme, viene scissa in ossigeno e idrogeno. Questo processo rappresenta anche la principale fonte di ossigeno (quasi tutto proviene da qui) sul nostro pianeta, mentre l’idrogeno viene incamerato e servirà per formare lo zucchero necessario alla pianta.

Ma questo idrogeno potrebbe costituire una delle sorgenti illimitate di energia rinnovabile.

Partendo da questa macchina perfetta, fornita dalla natura, da decenni i ricercatori cercano di riprodurre in laboratorio il processo per ottenere quanto più idrogeno possibile. Il tutto potenziando la fotosintesi naturale, che certo non nasce per produrre carburante, ma serve alle piante (e anche a noi) per vivere e che da sola non genera una grande quantità di energia. La fotosintesi artificiale presenta però delle criticità e non è semplice da riprodurre: il problema, infatti, riguarda il fatto che la scissione dell’acqua avviene attraverso catalizzatori, che sono composti sintetici che convertono e accumulano l’energia solare. Ma i catalizzatori sono spesso inefficienti, costosi oppure costituiti da materiali tossici.

Per superare questo ostacolo, i ricercatori hanno pensato di realizzare una fotosintesi non artificiale, ma semi-artificiale, che sfrutti al posto dei catalizzatori tradizionali un enzima naturalmente presente in alcune piante, specialmente in microalghe e cianobatteri. Per questa ragione, gli autori hanno scelto non delle piante qualsiasi, ma delle particolari alghe produttrici di idrogeno. Queste alghe possiedono un enzima, l’idrogenasi, che trasforma i protoni in idrogeno. “Durante l’evoluzione questo processo era stato disattivato perché non era necessario alla sopravvivenza”, spiega Katarzyna Sokól, primo autore del paper, “ma siamo riusciti a superare l’inattività per ottenere la reazione desiderata – dividere l’acqua in idrogeno e ossigeno” e ottenere quanto più idrogeno possibile, dividendo quasi tutta l’acqua.

Così, ricreando in laboratorio questa reazione e affiancando tecnologie per aumentarla, i ricercatori sono riusciti a ottenere un sistema per la conversione di energia solare in combustibile (idrogeno H2). Il sistema messo a punto è basato su una particolare cella fotoelettrochimica, ovvero una cella che ricava energia elettrica dalla luce, illuminata con luce solare simulata, che consente un assorbimento completo della luce e una produzione di idrogeno massimizzata.

Si tratta della prima volta, sottolineano gli autori, in cui un sistema basato sull’uso dell’enzima idrogenasi è riuscito a riprodurre una fotosintesi semi-artificiale che sfrutta soltanto l’energia del Sole. “È entusiasmante che possiamo scegliere selettivamente i processi che desideriamo e ottenere la reazione voluta che è inaccessibile in natura”, aggiunge Sokól. “Questo sistema potrebbe fornire un’importante piattaforma per sviluppare tecnologie solari”. Questo prototipo, si legge nelle conclusioni, fornisce un sistema per produrre combustibile solare.